Experimentos sobre dilatación térmica (Lineal, Superficial, Volumétrica)

Karen Navarro

28 Sept 201510:19

Summary

TLDREl video ofrece una explicación detallada sobre el fenómeno de dilatación térmica, es decir, cómo el aumento de la temperatura puede hacer que los cuerpos aumenten su volumen. Se describe que, debido a que las partículas se mueven más rápido, se requiere más espacio, provocando que el cuerpo se dilate. Este concepto es crucial para la construcción de estructuras como vías de tren y carreteras, donde se debe tener en cuenta la expansión y contracción debido a cambios de temperatura. El video también aborda diferentes tipos de dilatación, como la dilatación lineal, superficial y volumétrica, proporcionando ecuaciones para cada uno. Se presentan experimentos para ilustrar estos conceptos, como el uso de un huevo y un frasco de vidrio para demostrar la dilatación lineal, y un globo y una botella para mostrar la dilatación volumétrica. Finalmente, se menciona la importancia de estos fenómenos en la ingeniería y la fabricación.

Takeaways

🌡️ Los cuerpos se dilatan cuando la temperatura aumenta porque las partículas se mueven más rápido y necesitan más espacio para desplazarse.
📏 La dilatación térmica es importante en la fabricación de estructuras como las vías del tren, donde se debe tener en cuenta para evitar deformaciones.
🔨 Se deja una separación de unos 5 mm en las uniones de las vías del tren, llamada junta de dilatación, para permitir la expansión debido a la temperatura.
🚂 Otros ejemplos de dilatación térmica incluyen las vías de tren, las ruedas de un auto, las puertas de una casa y el asfalto de las carreteras.
📏 La dilatación lineal se produce cuando una dimensión crece más que las demás, como en varillas, alambres y barras.
🧮 La ecuación de dilatación lineal es lf = aLi * (1 + α * Δt), donde lf es la longitud final, Li la longitud inicial, α es el coeficiente de dilatación lineal y Δt la diferencia de temperatura.
🥚 Un experimento para demostrar la dilatación lineal involucra usar un huevo y dos recipientes, uno con agua caliente y otro con agua fría, observando cómo el huevo se ajusta al frasco.
📐 La dilatación superficial ocurre cuando dos dimensiones crecen más que la tercera, como en láminas y planchas.
🧘 La ecuación de dilatación superficial es AF = AR * (1 + 2α * Δt), donde AF es el área final, AR el área inicial, α el coeficiente de dilatación superficial y Δt la diferencia de temperatura.
🔥 Un experimento para demostrar la dilatación superficial utiliza un trozo de aluminio y plastilina, dejando que el aluminio se caliente y observando el cambio en el área.
⏯️ La dilatación volumétrica o cúbica ocurre cuando todas las dimensiones de un cuerpo crecen de manera igual, como en los fluidos o en cuerpos sólidos como estatuas.
🧮 La ecuación de dilatación volumétrica es Vf = Vi * (1 + 3α * Δt), donde Vf es el volumen final, Vi el volumen inicial, α el coeficiente de dilatación volumétrica y Δt la diferencia de temperatura.

Q & A

¿Por qué se dilatan los cuerpos cuando aumentan su temperatura?
-Los cuerpos se dilatan cuando aumentan su temperatura porque las partículas se mueven más deprisa y necesitan más espacio para desplazarse.
¿Cómo afecta la dilatación térmica a la construcción de estructuras como las vías del tren?
-La dilatación térmica es importante en la construcción de estructuras porque puede provocar deformaciones en las uniones. Por ello, se deja una separación de unos 5 mm, denominada junta de dilatación, para permitir el aumento de volumen debido a la temperatura.
¿Cuál es la relación entre la presión de un gas y su volumen a temperatura constante?
-La presión de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa, siempre y cuando la temperatura se mantenga constante.
¿Qué es la dilatación lineal y cómo se calcula?
-La dilatación lineal se produce cuando predomina una dimensión frente a las otras dos. Se calcula mediante la ecuación lf = a * Li * (1 + coeficiente de dilatación lineal * (t - Ti)), donde lf es la longitud final, Li la longitud inicial, 'a' es el coeficiente de dilatación lineal y 't - Ti' es la diferencia de temperatura.
¿Cómo se puede observar la dilatación lineal en un experimento con un huevo y un frasco de vidrio?
-Se llena un frasco de vidrio con agua fría y se coloca la mitad del huevo dentro. Luego, se coloca el frasco en agua con hielo y se observa cómo el huevo 'se dilata' entrando al frasco. Al invertir el experimento y poner el frasco con el huevo en agua caliente, el huevo 'se contrae' saliendo del frasco.
¿Qué es la dilatación superficial y cómo se calcula?
-La dilatación superficial ocurre cuando predominan dos dimensiones frente a una tercera. Se calcula con la ecuación AF = AR * (1 + 2 * coeficiente de dilatación superficial * (t - Ti)), donde AF es el área final, AR el área inicial y 't - Ti' es la diferencia de temperatura.
¿Cómo se puede demostrar la dilatación superficial con un trozo de aluminio y plastilina?
-Se modela la plastilina para que tenga el área del recipiente y se coloca un trozo de aluminio sobre ella. Luego, se somete a calor y, tras un corto tiempo, se observa que la superficie del aluminio ha aumentado más allá del área del recipiente.
¿Qué es la dilatación volumétrica o cúbica y cómo se calcula?
-La dilatación volumétrica o cúbica es la que ocurre cuando las tres dimensiones de un cuerpo son igualmente relevantes. Se calcula con la ecuación Vf = Vi * (1 + 3 * coeficiente de dilatación volumétrica * (t - Ti)), donde Vf es el volumen final, Vi el volumen inicial y 't - Ti' es la diferencia de temperatura.
¿Cómo se puede observar la dilatación volumétrica en un experimento con un globo y una botella?
-Se coloca un globo en el pico de una botella y se inmersa en agua caliente. Se observa cómo el globo 'se infla' debido a la dilatación del aire dentro del globo por el aumento de temperatura.
¿Cómo afecta el aumento de temperatura al tamaño de un fluido?
-El aumento de temperatura hace que el tamaño de un fluido aumente, ya que el aire y el agua en el líquido se expanden a causa del calor. Esto se puede observar claramente en la botella de baño María, donde el globo 'desciende' y 'desinfla' al disminuir la temperatura.
¿Cuáles son algunos ejemplos de dilatación térmica en la vida cotidiana?
-Algunos ejemplos incluyen la dilatación de las vías de tren en verano, el aumento de presión en las ruedas de un automóvil debido a la temperatura, la dilatación de las puertas de una casa debido a la madera y el dilatación del asfalto de las carreteras.
¿Cómo se relaciona el coeficiente de dilatación con la dilatación de un cuerpo?
-El coeficiente de dilatación es un número que indica cómo se expande un material por unidad de temperatura. Es utilizado en las ecuaciones de dilatación para calcular el cambio en longitud, área o volumen debido a un cambio de temperatura.

Outlines

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🔥 Dilatación Térmica y sus Efectos

Este primer párrafo aborda el concepto de dilatación térmica, es decir, cómo el aumento de la temperatura afecta el volumen de un cuerpo. Se menciona que las partículas se mueven más rápido y requieren más espacio, lo que lleva a un aumento de volumen. También se explora la contracción térmica, donde la disminución de la temperatura reduce el volumen. Se destaca la importancia de estos fenómenos en la construcción de estructuras como vías de tren y carreteras, y se presentan ejemplos de dilatación lineal, superficial y volumétrica. Se proporciona una ecuación para calcular la dilatación lineal y se describe un experimento con un huevo y agua para ilustrar este concepto.

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🌡️ Dilatación Superficial y Volumetría

El segundo párrafo se enfoca en la dilatación superficial y volumétrica. Se define la dilatación superficial como el aumento de una superficie en lugar de su volumen, y se utiliza un experimento con aluminio y plastilina para demostrar este fenómeno. La dilatación volumétrica, o cúbica, ocurre cuando todas las dimensiones de un cuerpo aumentan de manera significativa, como en el caso de los fluidos. Se muestra un experimento con un globo y una botella para ilustrar este concepto. Finalmente, se presenta la ecuación para calcular la dilatación volumétrica y se discuten los cambios en el tamaño de los materiales en respuesta al calor.

Mindmap

Keywords

💡Dilatación térmica

La dilatación térmica es el aumento del volumen de un cuerpo debido al aumento de su temperatura. En el video, se explica que cuando la temperatura de un cuerpo aumenta, las partículas se mueven más deprisa y requieren más espacio para moverse, lo que resulta en un aumento de su volumen. Este fenómeno es crucial en la fabricación de estructuras como vías de tren y en la construcción de edificios.

💡Estados de agregación

Los estados de agregación son formas en que pueden existir los materiales, como sólidos, líquidos y gases. Aunque el término no se define explícitamente en el video, la dilatación térmica afecta los estados de agregación de los materiales, como se ve en el ejemplo de la dilatación de las vías del tren y las ruedas de un auto al aumentar la temperatura.

💡Contraccción térmica

La contracción térmica es el proceso por el cual el volumen de un cuerpo disminuye cuando su temperatura baja. En el video, se menciona que, al igual que la dilatación, la contracción térmica también es importante en la fabricación de estructuras y es un fenómeno que ocurre en el ambiente cuando la temperatura disminuye.

💡Dilatación lineal

La dilatación lineal se refiere a la expansión de un cuerpo principalmente en una dimensión, como en el caso de varillas, alambres y barras. El video proporciona la ecuación de dilatación lineal, que se utiliza para calcular la longitud final de un objeto después de un cambio de temperatura.

💡Ecuación de dilatación lineal

La ecuación de dilatación lineal es una fórmula que se utiliza para determinar el cambio en la longitud de un objeto debido a un cambio de temperatura. En el video, se presenta la ecuación lf = aLi(1 + αΔt), donde lf es la longitud final, Li es la longitud inicial, α es el coeficiente de dilatación lineal y Δt es la diferencia de temperatura.

💡Dilatación superficial

La dilatación superficial ocurre cuando dos dimensiones de un cuerpo se expanden con respecto a la tercera. En el video, se mencionan ejemplos como láminas y planchas. Se proporciona la ecuación de dilatación superficial para calcular el cambio en el área de un objeto debido a un cambio de temperatura.

💡Ecuación de dilatación superficial

La ecuación de dilatación superficial permite calcular el cambio en el área de un objeto después de un cambio de temperatura. El video ofrece la ecuación AF = AR(1 + 2αΔt), donde AF es el área final, AR es el área inicial, α es el coeficiente de dilatación superficial y Δt es la diferencia de temperatura.

💡Dilatación volumétrica o cúbica

La dilatación volumétrica o cúbica es el aumento de volumen de un cuerpo en todas sus dimensiones cuando su temperatura aumenta. En el video, se muestra un experimento con un globo y una botella para ilustrar cómo la dilatación volumétrica afecta a los objetos y cómo la presión y el volumen de un fluido aumentan con el calor.

💡Ecuación de dilatación volumétrica

La ecuación de dilatación volumétrica se utiliza para calcular el cambio en el volumen de un objeto debido a un cambio de temperatura. El video presenta la ecuación Vf = Vi(1 + 3αΔt), donde Vf es el volumen final, Vi es el volumen inicial, α es el coeficiente de dilatación volumétrica y Δt es la diferencia de temperatura.

💡Coeficiente de dilatación

El coeficiente de dilatación es una propiedad de un material que indica cómo cambia su tamaño con el cambio de temperatura. En el video, se mencionan coeficientes de dilatación para lineal, superficial y volumétrica, los cuales son fundamentales para las ecuaciones de dilatación y la predicción de los cambios de tamaño en diferentes condiciones térmicas.

💡Presión de un gas

La presión de un gas es mencionada en el video en el contexto de la relación entre la presión y el volumen cuando la temperatura es constante, según la ley de Boyle. Aunque no es el foco principal del video, la presión de un gas es un concepto importante en la física y la termodinámica que se relaciona con el comportamiento de los gases en diferentes condiciones.

Highlights

Los cuerpos aumentan su volumen cuando la temperatura sube debido a que las partículas se mueven más deprisa y necesitan más espacio.

La dilatación térmica afecta los estados de agregación de los materiales y es crucial en la fabricación de estructuras como vías de tren.

Las vías del tren se unen dejando una separación de 5 mm llamada junta de dilatación para evitar deformaciones por cambios de temperatura.

La dilatación de las ruedas de un auto y las puertas de una casa son ejemplos de cómo la temperatura afecta los objetos en la vida cotidiana.

El asfalto de las carreteras se dilatará con el aumento de temperatura, lo que justifica la necesidad de dejar espacios entre las baldosas.

Existen tres tipos de dilatación: lineal, superficial y volumétrica, dependiendo de qué dimensiones se ven afectadas.

La ecuación de dilatación lineal es lf = aLi * (1 + coeficiente de dilatación lineal * Δt), donde lf es la longitud final y Li la inicial.

Un experimento muestra cómo un huevo se ajusta a un frasco con agua fría y luego se expande con agua caliente, demostrando la dilatación lineal.

La dilatación superficial ocurre cuando dos dimensiones de un cuerpo son predominantes, como en láminas y planchas.

La ecuación de dilatación superficial es AF = AR * (1 + 2 * coeficiente de dilatación superficial * Δt), con AF como área final y AR como área inicial.

Un experimento con aluminio y plastilina demuestra cómo la superficie de un objeto puede dilatarse con el calor.

La dilatación volumétrica o cúbica se da cuando todas las dimensiones de un cuerpo son igualmente afectadas, como en estadías de jardín y dados.

Un experimento con un globo dentro de una botella muestra cómo la dilatación volumétrica afecta a los fluidos al aumentar su tamaño con el calor.

La ecuación de dilatación volumétrica es Vf = Vi * (1 + 3 * coeficiente de dilatación volumétrica * Δt), donde Vf es el volumen final y Vi el inicial.

La presión de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa, según la ley de Boyle-Charles, a temperatura constante.

Los cambios de temperatura en un material generalmente causan dilatación, lo que se manifiesta en el aumento del tamaño en una, dos o tres dimensiones.